[發明專利]適用于中壓直流系統的隔離式直流變換器及其控制方法

在審

• 申請號: 201811235159.6
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109347327A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 羅安;廖明園;何志興;周芊帆;張浚坤;徐千鳴;肖子衡;管仁鋒;劉陽;賀纖纖;陳燕東;唐昱煊
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: H02M3/335
• 分類號: H02M3/335;H02H7/26
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強;王娟

本發明公開了一種適用于中壓直流系統的隔離式直流變換器及其控制方法，直流變換器為多個功率模塊輸入串聯輸出并聯的模塊化組合式結構，功率模塊由投切電路和隔離變換電路級聯組成。投切電路由投切開關、投切功率器件和防短路二極管組成，用于控制功率模塊的投入和切除，實現系統的冗余運行和故障快速隔離；在外部故障時，可以快速地從故障處切除，在模塊內部故障時，可以快速切除故障模塊，保證變換器正常運行；同時能夠保證各模塊輸入輸出電壓匹配，減小功率器件上的電壓電流應力；當故障消除后也可以快速投入。本發明變換器可靠性高、使用壽命長，適用于長距離水下電能供應、不同電壓等級直流微網互聯以及電解鋁、海水淡化工業等應用場合。

技術領域

本發明涉及直流變換器，特別是一種適用于中壓直流供電系統的高可靠隔離式直流變換器結構及其控制方法。

背景技術

在全球能源格局轉型的形勢下，基于直流微網的直流輸電及功率分配技術成為有效利用風、光等分布式可再生能源的解決方案，因此不同電壓等級直流微網之間的互聯環節十分重要；另一方面，傳統海洋軍事、科研工作以及金屬制造工業等有特殊需求的供能場所需要適應性供電裝置。以上應用場景具有供電功率大、運行環境差、可維修度低的特點，因此對設備可靠性要求高，需要高電壓等級、高精度且具有冗余運行能力的系統設計才能滿足要求。

在大功率高電壓的應用場合，用模塊化組合式變換器可有效解決單個功率器件的耐壓及容量問題，可以實現系統的冗余供電，大大提高系統的可靠性，并方便實現系統容量的擴展。通過將多個標準化DC/DC變換器模塊的輸入和輸出分別串聯或并聯，就可以根據所需的電壓等級形成多模塊串并聯組合變換器系統。

移相全橋直流變換器具有電壓應力較低，適用于高電壓輸入場合，易實現軟開關等優點，因此以其作為功率模塊的基礎拓撲，通過在移相全橋直流變換器的拓撲上增加開關投切電路，可以使得以該拓撲作為基本模塊的輸入串聯輸出并聯模塊化組合式變換器在外部故障時能快速從故障處切除，故障消失后也也能快速投入運行，在模塊內部故障時，也可以實現靈活投切和冗余運行，可靠性高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術不足，提供一種適用于中壓直流供電系統的隔離式直流變換器及其控制方法，精確控制輸出電能。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種適用于中壓直流系統的隔離式直流變換器，包括多個級聯的投切隔離功率模塊；所述投切隔離功率模塊包括投切電路；所述投切電路與高頻逆變電路連接；所述高頻逆變電路通過高頻隔離變壓器與高頻整流電路連接。

所述投切電路包括投切開關S_i、防短路二極管D_i及輸出穩壓電容C_vi；所述投切開關S_i與輸出穩壓電容C_vi并聯；所述輸出穩壓電容C_vi與防短路二極管D_i串聯。

所述高頻逆變電路為全橋結構。

相應的，本發明還提供了一種上述適用于中壓直流系統的隔離式直流變換器的控制方法，該方法主要實現過程為：將各模塊輸入電容電壓V_cdi與輸入電壓平均值V_inave相減，差值經輸入均壓控制器輸出高頻逆變電路的占空比信號修正因子；將輸出電壓V_o與基準值V_oref相減，差值送入輸出電壓控制器，得到高頻逆變電路的占空比信號，再疊加前述占空比信號修正因子，抵消均壓控制與輸出電壓控制之間的耦合系數；最后通過PWM波調制生成V_i1～V_i4的驅動信號，控制輸入的均壓和輸出電壓的穩定。